[发明专利]LED芯片及其制造方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体技术领域，涉及一种半导体芯片，尤其涉及一种LED芯片；同时，本发明进一步涉及一种LED芯片的制造方法。

背景技术

外量子效率是高亮度LED芯片的主要技术瓶颈，其大小等于内量子效率与光的出射率之积。当前，商业化LED的内量子效率已经接近100％，但是外量子效率小于30％。这主要是由于光的出射率低造成的。引起光的出射率低的主要因素有：晶格缺陷对光的吸收，衬底对光的吸收，光在出射过程中，在各个界面由于全反射造成的损失。

目前，常用的LED芯片在刻蚀后所有的侧壁与垂直线的典型夹角小于10deg(即10°)，由于GaN和空气的折射率分别是2.5和1，在InGaN-GaN活性区产生的光能够传播出去的临界角约为23deg，因此LED发射的大部分光在界面被反射回来，形成波导光被困在器件内部，经过多次反射最终被半导体吸收，这大大限制了GaN基发光二极管的外量子效率。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种LED芯片，可提高LED芯片外量子效率。

此外，本发明进一步提供一种LED芯片的制造方法，可提高LED芯片外量子效率。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种LED芯片，所述LED芯片在刻蚀后，LED芯片的侧壁与垂直线的典型夹角为30°-60°；所述LED芯片的上述区域呈正台形。

作为本发明的一种优选方案，所述LED芯片包括第一导电类型半导体层、有源层、第二导电类型半导体层；有源层的侧壁，以及第一导电类型半导体层或/和第二导电类型半导体层的全部或部分侧壁与垂直线的典型夹角为30°-60°；该部分区域呈正台形。

作为本发明的一种优选方案，所述LED芯片包括蓝宝石层、缓冲层、N-GaN层、MQW层、P-GaN层；所述MQW层、P-GaN层的侧壁，以及N-GaN层的全部或部分侧壁与垂直线的典型夹角为30°-60°；该部分区域呈正台形。

作为本发明的一种优选方案，所述LED芯片自下而上依次包括蓝宝石层、缓冲层、N-GaN层、MQW层、P-AlGaN层、P-GaN层；所述MQW层、P-AlGaN层、P-GaN层的侧壁，以及N-GaN层的全部或部分侧壁与垂直线的典型夹角为30°-60°；该部分区域呈正台形。

一种LED芯片，所述LED芯片在刻蚀后，LED芯片侧壁的部分或全部与芯片的中轴线的夹角为30°-60°；所述LED芯片的上述区域呈正台形。

作为本发明的一种优选方案，所述LED芯片包括第一导电类型半导体层、有源层、第二导电类型半导体层；

有源层的侧壁，以及第一导电类型半导体层或/和第二导电类型半导体层的全部或部分侧壁与垂直线的典型夹角为30°-60°；该部分区域呈正台形。

一种LED芯片的制造方法，所述方法包括：

在衬底上生长LED结构外延片；

所述外延片高温退火；

用清洗液将所述外延片表面清洗干净；

在外延片上光刻出特定尺寸的图形；

刻蚀外延片，并使刻蚀后的芯片周围的侧壁与垂直线典型夹角为30°-60°，呈正台形。

作为本发明的一种优选方案，所述方法具体包括：

步骤1、在图形化蓝宝石衬底上生长GaN基LED结构外延片；

步骤2、GaN外延片在氮气和氧气气氛中高温退火；

步骤3、用王水和H2SO4、H2O2溶液将GaN外延片表面清洗干净；

步骤4、在外延片上光刻出特定尺寸的图形；

步骤5、用ICP刻蚀机将外延片刻蚀到n-GaN层，并使刻蚀后的芯片周围所有侧壁与垂直线典型夹角为30°-60°，呈正台形。

作为本发明的一种优选方案，所述步骤4中光刻的条件为：光刻胶是AZ1500，粘度为38cp，涂胶厚度为1000nm-3000nm，采用ABM接触式光刻机曝光，使用接近式曝光方式，晶片wafer上表面距离遮罩层mask下表面在5um到10um之间；所述步骤5中ICP刻蚀的条件为：ICP功率为1000W-2000W，RF功率为100W-300W，腔体压力为3-5mTorr，刻蚀气体流量比Cl2∶BCl3＝2-4∶1。